黃河三角洲不同長勢檉柳對土壤水鹽異質(zhì)性的影響①

胡鑫隆，齊 繼，于千鈞，劉金娣，潘英華，陳小兵，胡秋麗*，趙 英

黃河三角洲不同長勢檉柳對土壤水鹽異質(zhì)性的影響①

胡鑫隆1,2，齊 繼1,2，于千鈞1,2，劉金娣1，潘英華1,2，陳小兵3，胡秋麗1,2*，趙 英1,2

(1 魯東大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，山東煙臺 264025；2 煙臺市濱海生態(tài)水文過程與環(huán)境安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東煙臺 264025；3 中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所，山東煙臺 264003)

黃河三角洲土壤水鹽變化劇烈，為探究當(dāng)?shù)貦f柳灌叢土壤水鹽變化特征及其影響因素，以恢復(fù)檉柳群落生態(tài)，在黃河三角洲選定長勢較差(N1)和較好(N2)的2處天然檉柳林，對比分析兩處地下水狀況、土壤含水率、鹽分富集率及Cl–、Na+的時空變化。結(jié)果表明：①N2樣地地下水平均埋深和礦化度都大于N1樣地；②雨季時N2樣地土壤含水率高于N1樣地，旱季則相反，尤以內(nèi)圍區(qū)(距植株水平距離0 ～ 30 cm)更明顯；③兩地土壤鹽分皆隨土壤深度增加而遞減，在雨季和旱季分布呈“鹽谷”和“鹽島”特征，且N2樣地的“鹽谷”效應(yīng)強(qiáng)于N1樣地；④雨季時N2樣地內(nèi)圍區(qū)Cl–、Na+含量整體低于外圍區(qū)(距植株水平距離30 ～ 90 cm)，呈“左–右”空間分異，而N1樣地呈“上–下”空間分異，再次說明N2樣地雨季“鹽谷”效應(yīng)更強(qiáng)。綜上，檉柳形成“鹽谷/島”效應(yīng)是其適應(yīng)高鹽環(huán)境的重要策略。因此，通過檉柳適生種植，促進(jìn)檉柳冠層生長以增強(qiáng)“鹽谷/島”效應(yīng)是確保檉柳群落恢復(fù)和穩(wěn)定的有效措施。

檉柳；土壤水分；土壤鹽分；時空變化；黃河三角洲

檉柳是檉柳科()檉柳屬(Linn.)多年生灌木或小喬木，廣泛分布在我國內(nèi)陸鹽堿地與北方濱海濕地。檉柳具有涵養(yǎng)土壤水分、降低土壤鹽分的作用，能夠有效改善鹽堿地生態(tài)環(huán)境[1]。在濱海地區(qū)，檉柳是重要的抵抗海岸帶侵蝕的植物，對維持濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定具有重要作用[2]。黃河三角洲是中國沿海檉柳的集中分布區(qū)，解放初期天然檉柳灌叢達(dá)5.3萬hm2，至21世紀(jì)初減少到8 126 hm2，檉柳群落景觀面臨嚴(yán)重威脅[3-4]。因此，保護(hù)和恢復(fù)檉柳群落對黃河三角洲生態(tài)保護(hù)與濕地生態(tài)修復(fù)具有重要意義。

黃河三角洲位于海陸交匯地帶，地形平緩，海水入侵頻繁，地下水埋深普遍較淺(平均約為1.14 m)，且礦化度高。在季風(fēng)氣候控制下，區(qū)域內(nèi)季節(jié)性蒸發(fā)強(qiáng)烈，土壤水鹽垂直運(yùn)動劇烈，導(dǎo)致土壤鹽漬化問題嚴(yán)重[5]。此外，黃河三角洲水文地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水埋深與礦化度空間差異大，土壤水鹽空間分布不均，形成了獨(dú)特的植被群落空間分布格局[6-7]。黃河三角洲檉柳群落分布主要受土壤鹽分的影響，檉柳多分布于高鹽分、低水位的地區(qū)[8]。而檉柳作為黃河三角洲優(yōu)勢鹽生植物，耐鹽能力強(qiáng)，在適應(yīng)高鹽環(huán)境過程中也對土壤水鹽分布及變化產(chǎn)生影響。研究表明，種植檉柳能夠涵養(yǎng)土壤水分，增強(qiáng)土壤鹽分淋洗，進(jìn)而有效改良鹽漬土[9]。同時，檉柳能夠產(chǎn)生一定的環(huán)境效應(yīng)，促進(jìn)自身生長。張?zhí)炫e等[10]研究發(fā)現(xiàn)，黃河三角洲檉柳灌叢下的土壤鹽分低于灌叢間，易形成“鹽谷”效應(yīng)。張立華等[11]基于土壤空間異質(zhì)性研究表明，距檉柳植株越近，土壤鹽分越高，發(fā)現(xiàn)檉柳對土壤鹽分的富集效應(yīng)，且不同離子富集程度不同。此外，還有研究指出，黃河三角洲檉柳土壤水鹽變化與地下水狀況相關(guān)。當(dāng)?shù)叵滤裆钚∮?.6 m時，地下水通過毛管上升作用補(bǔ)給淺層土壤，并在蒸發(fā)作用下發(fā)生積鹽[12]。同時，在區(qū)域氣候干旱背景下，次生鹽漬化加劇也是檉柳死亡和群落退化的重要原因[13]?？梢姡S河三角洲檉柳群落生長退化與土壤水鹽的關(guān)聯(lián)極為密切[14]。

綜上，檉柳作為黃河三角洲優(yōu)勢建群種，是實(shí)施“南紅北柳”濕地修復(fù)工程的重要樹種，對改善濱海濕地生態(tài)環(huán)境和維持海岸帶穩(wěn)定的作用不可替代。因此，本文針對黃河三角洲檉柳群落退化問題，對比分析兩處不同長勢的天然檉柳林土壤水鹽分布與變化特征，并進(jìn)一步探討其影響因素，以期為黃河三角洲檉柳群落恢復(fù)及濕地生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

黃河三角洲地區(qū)屬暖溫帶季風(fēng)氣候半濕潤區(qū)，雨熱同期。當(dāng)?shù)囟嗄昶骄鶜鉁?3℃，多年平均降水量560 mm，65% 分布在夏季；年均蒸散量750 ～ 2 400 mm，蒸降比約4∶1。在黃河三角洲天然檉柳分布區(qū)選取2處試驗(yàn)樣地，分別位于孤東油田(37.88°N，119.02°E，簡稱N1)與黃河三角洲自然保護(hù)區(qū)(37.76°N，119.16°E，簡稱N2)(圖1)。

圖1 研究區(qū)位置

于兩處檉柳樣地進(jìn)行樣方(10 m×10 m)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，N1樣地檉柳植株密度、林齡相對N2樣地更大，N2樣地檉柳株高、冠幅更大，N1樣地長勢相對更好(表1)。與檉柳伴生草本植物中，N1樣地有鹽地堿蓬()、蘆葦()、狗牙根()；N2樣地除分布有鹽地堿蓬、蘆葦外，還有二色補(bǔ)血草()、鵝絨藤()。

在野外調(diào)查和采樣時發(fā)現(xiàn)，兩處樣地的地下水狀況、土壤物理性質(zhì)均有較大差異。地下水埋深與礦化度季節(jié)變化如圖2所示。兩地地下水埋深淺，平均埋深N1

表1 檉柳樣方調(diào)查結(jié)果

圖2 兩地地下水埋深及礦化度的時間動態(tài)變化

1.2 研究方法

為獲得N1、N2兩地的基礎(chǔ)土壤物理性質(zhì)，用環(huán)刀法測定不同深度土壤容重，用激光粒度儀(Mastersize 3000)法測定土壤粒徑分布，用環(huán)刀定水頭法測得飽和導(dǎo)水率。

圖3 兩個樣地土壤物理性質(zhì)隨土壤深度的變化

在檉柳樣地采集土壤水鹽樣品時，每次在兩處樣地各選擇一株檉柳，對每株檉柳只采集一次土樣，避免對檉柳根系損害過度而影響其正常生長。采樣時間為2020年8—10月(其中8月代表雨季，10月代表旱季)與2021年3—5月(旱季)和7—8月(雨季)。在不同月份采集的土壤樣品既能反映土壤水鹽季節(jié)變化，又能作為試驗(yàn)重復(fù)，增強(qiáng)研究結(jié)果的可靠性。采樣時，選擇一株周圍無其他植物生長的檉柳，避免其他植物對土壤水鹽的影響。在距檉柳植株10、30、50、70、90 cm共5個水平距離處，用土鉆采集0 ～ 10、10 ～ 20、20 ～ 30、30 ～ 50、50 ～ 70、70 ～ 90、90 ～ 110、110 cm直至土壤水分達(dá)到飽和深度的土樣。同時測量地下水埋深，采集地下水樣品。

采用烘干法(105℃、12 h)測定土壤質(zhì)量含水率(θ)。用于鹽分測定的土樣在室內(nèi)自然風(fēng)干后過2 mm篩，制備水土質(zhì)量比為5∶1的浸提液，利用離子色譜儀(Thermo Fisher ICS-2100)測定各離子含量，并將離子含量總和相加作為土壤總鹽分含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)土壤質(zhì)量含水率(θ)、土壤容重(ρ)和水的密度計(jì)算土壤體積含水率(θ)。

計(jì)算公式為：

式中：θ、θ分別是土壤體積含水率、土壤質(zhì)量含水率；ρ、ρ分別是土壤容重、水的密度。

由于黃河三角洲土壤鹽分表聚性強(qiáng)，30 cm深度以下土壤鹽分相對穩(wěn)定，而且檉柳植物根系主要分布在0 ～ 30 cm深度土層，該范圍內(nèi)土壤水鹽變化對檉柳生長有直接影響。因此，本文計(jì)算淺層(0 ～ 30 cm)土壤平均鹽分(，g/kg)，并據(jù)此分析檉柳土壤鹽分分布和變化。

計(jì)算公式為：

式中：10、20、30分別是與0 ～ 10、10 ～ 20、20 ～ 30 cm土層的容重(g/cm3)和土層厚度(cm)相關(guān)的權(quán)重系數(shù)；10、20、30分別為0 ～ 10、10 ～ 20、20 ～ 30 cm深度土樣的含鹽量(g/kg)。

本研究借鑒陳永金等[15]在黃河三角洲濕地檉柳“肥谷/島”研究中采用“養(yǎng)分富集率”衡量檉柳灌叢的養(yǎng)分富集程度的方法定義了新指標(biāo)——“鹽分富集率”：首先，將距檉柳植株水平距離0 ～ 30 cm的區(qū)域作為“內(nèi)圍區(qū)”，距離30 ～ 90 cm的區(qū)域作為“外圍區(qū)”，0 ～ 30 cm深度范圍內(nèi)、外圍區(qū)土壤平均鹽分比值即為“鹽分富集率()”，以此量化檉柳植株周圍土壤鹽分的富集程度。

計(jì)算公式為：

2 結(jié)果與分析

本研究所采集的土壤水鹽樣品涵蓋了2020年雨季和2021年旱季及雨季，綜合考慮數(shù)據(jù)的完整性和代表性，僅對比不同季節(jié)兩處樣地土壤水鹽的分布與變化，因此下文以典型雨季和旱季月份的結(jié)果作為代表進(jìn)行闡述。

2.1 檉柳樣地土壤水分時空變化特征

兩地土壤體積含水率(θ)變化如圖4所示，一方面，兩地含水率整體均隨土壤深度增加而增大，N1、N2樣地含水率分別在25% ～ 45%、20% ～ 50% 范圍內(nèi)波動，其中N2樣地的波動范圍更大。在雨季，距檉柳植株水平距離為10 cm和30 cm的內(nèi)圍區(qū)土壤剖面θ較大，50 ～ 90 cm水平距離的外圍區(qū)土壤剖面θ相對較小，而且N2樣地含水率較N1樣地高，隨水平距離的變化幅度更明顯。旱季兩地土壤剖面θ隨距檉柳植株水平距離的變化較雨季更小，其中N2樣地θ整體低于N1樣地，且0 ～ 20 cm土層θ呈快速遞減趨勢。

2.2 檉柳樣地土壤鹽分時空變化特征

兩地0 ～ 30 cm土層平均鹽分含量隨距檉柳植株水平距離的變化如圖5所示，兩地內(nèi)、外圍區(qū)土壤鹽分在相同季節(jié)的總體變化趨勢相同，但鹽分富集率()不同。一方面，雨季兩地內(nèi)圍區(qū)土壤鹽分低于外圍區(qū)，<1，土壤鹽分均呈“鹽谷”分布特征。旱季兩地內(nèi)圍區(qū)土壤鹽分高于外圍區(qū)，>1，土壤鹽分均呈“鹽島”分布特征。另一方面，N1樣地極差為0.38，N2樣地為0.69，說明N2樣地土壤鹽分分布季節(jié)性波動較強(qiáng)，變動范圍更大。其次，雨季N1樣地平均為0.88，N2樣地為0.64，說明雨季N2樣地“鹽谷”效應(yīng)更強(qiáng)。而旱季N1、N2樣地平均分別為1.09、1.07，兩地“鹽島”效應(yīng)強(qiáng)度相近。

(圖例表示距檉柳植株的水平距離)

(圖例為距檉柳植株的水平距離；柱圖上方數(shù)字為鹽分富集率E；由于2021年6月，N2樣地被淹，無法采樣，N1樣地完好，故當(dāng)年兩處樣地雨季采樣時間不一致，2021年7月為N1樣地采樣時間，代表雨季；2021年8月為N2樣地采樣時間，代表雨季)

綜合以上結(jié)果，土壤水鹽含量及分布的時空變化在兩處樣地既表現(xiàn)出相似性又各具不同點(diǎn)。相似性為兩地土壤θ垂直變化趨勢相同，雨季內(nèi)圍區(qū)θ高于外圍區(qū)，旱季則反之。土壤鹽分分布隨季節(jié)整體呈“鹽谷/島”特征。不同點(diǎn)表現(xiàn)在與N1樣地相比，N2樣地θ與的變動范圍更大，兩地“鹽谷/島”效應(yīng)強(qiáng)弱不同。

2.3 檉柳樣地土壤Cl–、Na+ 時空變化特征

黃河三角洲濱海鹽漬土為氯化物型，土壤鹽分主要為NaCl，本研究中Cl–含量占陰離子組成達(dá)90.91%，Na+含量占陽離子組成達(dá)79.27%。因此本文以Cl–、Na+測定結(jié)果為代表，分析兩地土壤鹽分離子的時空變化特征。

雨季時，兩地土壤Cl–、Na+含量及其分布格局如圖6A所示，N1樣地土壤Cl–含量(6.75 ～ 23.50 g/kg)低于N2樣地(6.60 ～ 35.40 g/kg)，兩地Na+含量較接近，分別為3.80 ～ 12.32、3.80 ～ 16.45 g/kg。在分布格局上，兩地土壤Cl–、Na+含量均隨土壤深度增加而遞減，且Cl–變化更突出。此外，N2樣地內(nèi)圍區(qū)土壤Cl–、Na+含量整體低于外圍區(qū)，呈“左–右”空間分異，而N1樣地土壤Cl–、Na+呈現(xiàn)“上–下”空間分異，這說明N2樣地土壤Cl–、Na+在雨季發(fā)生的淋洗作用比較強(qiáng)烈，與圖5中雨季N2樣地鹽分富集率更低(= 0.43)，“鹽谷”效應(yīng)更強(qiáng)相對應(yīng)。由圖6B可知，旱季兩地土壤Cl–、Na+含量及其分布格局較雨季存在差異。在含量上，N1樣地土壤Cl–高于N2樣地，分別為4.20 ～ 41.70、9.00 ～ 28.80 g/kg；Na+含量仍較接近，分別為2.10 ～ 12.60、3.60 ～ 11.40 g/kg。同時，兩地土壤Cl–含量及其差值仍均高于Na+。在分布上，兩地土壤Cl–、Na+含量隨土壤深度增加而遞減，且均呈“上–下”空間分異，但兩處樣地也有所不同。N1樣地土壤Cl–含量更高，在0 ～ 50 cm深度范圍內(nèi)有劇烈變化，N2樣地土壤Cl–更集中分布在0 ～ 20 cm深度范圍內(nèi)，說明N2樣地土壤鹽分表聚更顯著，這是由于N2樣地土壤表面未形成鹽結(jié)皮，旱季蒸發(fā)旺盛，水鹽運(yùn)動劇烈所導(dǎo)致的。

(2020年8月采樣深度為0 ～ 110 cm，2021年5月采樣深度為0 ～ 150 cm)

本研究中土壤Cl–占總鹽分組成超過60%，與土壤總鹽分布的趨勢更相近。表2對比了旱季(2021年5月)相對前一雨季(2020年8月)土壤剖面Cl–含量的變化，結(jié)果表明，N1樣地土壤Cl–在旱季相對雨季明顯增加，僅有個別采樣深度Cl–含量相對減少，距離植株較近的內(nèi)圍區(qū)平均增加了37.1%，外圍區(qū)增加了10.9%。N2樣地內(nèi)圍區(qū)Cl–含量在旱季也相對增加，且較N1樣地增加比例更大，平均為47.0%，再次說明N2樣地內(nèi)圍區(qū)雨季脫鹽旱季積鹽現(xiàn)象顯著。而在N2樣地外圍區(qū)，旱季Cl–相對前一雨季基本全部呈減少趨勢，平均減少24.5%。結(jié)合圖4中旱季N2樣地0 ～ 20 cm土層θ劇減現(xiàn)象推測，可能是由于根系吸水使根系周圍離子隨水分向內(nèi)圍區(qū)富集相關(guān)。

3 討論

3.1 土壤水分影響因素

黃河三角洲地下水埋深較小，土壤水分分布與地下水埋深變化密切相關(guān)。本研究中兩處檉柳樣地深層土壤含水率(θ)均高于淺層，整體均隨土壤深度增加而增大。已有研究表明，深層土壤水分易受淺層地下水毛管上升作用的補(bǔ)給，因此水分含量較高。而淺層土壤水分因超過地下水上升臨界深度，難以被地下水補(bǔ)給[12]。同時，淺層土壤在蒸發(fā)作用下水分更易散失，導(dǎo)致土壤水分含量減小。另外，淺層土壤含水率較低還與檉柳根系分布及水分利用有關(guān)。黃河三角洲檉柳灌叢呈聚集型分布，其根系大部分集中于0 ～ 60 cm土層，在0 ～ 30 cm土層中根系生物量約占70%[16-17]。檉柳根系為避免厭氧環(huán)境和高鹽脅迫而更傾向于吸收非飽和區(qū)低鹽濃度水[18]，在與本研究相關(guān)的檉柳根系試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)兩地檉柳細(xì)根(<2 mm)根長密度在淺層土壤中占比更大，在深層土壤中分布較少，而且由于深層土壤水分被高礦化度地下水補(bǔ)給后超出了檉柳根系的耐鹽限度，因此檉柳對深層土壤水分吸收利用較少。

表2 兩地土壤Cl–含量在旱季相對前一雨季的變化量(%)

注：雨季采樣深度僅達(dá) 110 cm，故不討論110 ～ 150 cm深度土層的變化量。正值表示旱季較雨季Cl–含量增加，負(fù)值表示減少。

雨季時，兩檉柳樣地內(nèi)圍區(qū)土壤含水率均高于外圍區(qū)，且N2樣地含水率整體高于N1樣地，而在旱季又整體低于N1樣地。原因是N2樣地檉柳冠幅更大，根據(jù)Thompson等[19]發(fā)現(xiàn)的降雨入滲量與植株生物量呈正向相關(guān)關(guān)系，可知N2樣地檉柳內(nèi)圍區(qū)降雨入滲更多，因而雨季土壤含水率更大。不降雨時冠層遮陰抑制蒸發(fā)，減少土壤水分散失。這說明雨季檉柳在形成“鹽谷”效應(yīng)降低根區(qū)鹽分脅迫時，其冠層遮陰也能增強(qiáng)土壤水分有效性，最終促進(jìn)檉柳生長。旱季時，降水大大減少，N2樣地檉柳對土壤水分的消耗較N1樣地更多，致使土壤含水率整體低于N1樣地。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，N2樣地土壤θ變化還較N1樣地更復(fù)雜。N2樣地含水率在雨季隨土壤深度與距檉柳植株距離的變化而波動較大，在旱季0 ～ 20 cm土層出現(xiàn)了劇減趨勢。這與兩地不同土壤表面性狀所導(dǎo)致的土壤水分運(yùn)移和再分配的差異相關(guān)。N1樣地土壤表面存在結(jié)皮，土壤結(jié)皮能夠減少近地面土壤水熱交換，影響土壤水分入滲和蒸發(fā)[20-21]。N1樣地0 ～ 10 cm土層在結(jié)皮覆蓋下飽和導(dǎo)水率僅為0.03 mm/min，無土壤結(jié)皮覆蓋的導(dǎo)水率增加了1倍，為0.06 mm/min。而N2樣地不存在結(jié)皮，0 ～ 10 cm土層的導(dǎo)水率為0.09 mm/min，降雨時土壤水分更易發(fā)生入滲，蒸發(fā)時表層土壤水分也更易散失。除此之外，土壤水分運(yùn)移和再分配還與土壤質(zhì)地等其他土壤性質(zhì)有關(guān)。本研究中，N1樣地土壤的砂粒含量整體低于N2樣地，限制了土壤中的大孔隙分布，進(jìn)而使飽和導(dǎo)水率也低于N2樣地(圖3C)。

3.2 土壤鹽分影響因素

本研究結(jié)果表明，檉柳土壤鹽分分布隨距檉柳植株水平距離和土壤深度變化具有時空異質(zhì)性。隨距檉柳植株距離的變化表現(xiàn)為：兩地檉柳植株內(nèi)圍區(qū)土壤鹽分在雨季均低于外圍區(qū)，呈“鹽谷”特征，至旱季則轉(zhuǎn)呈“鹽島”特征。隨土壤深度的變化表現(xiàn)為：兩地土壤鹽分均隨土壤深度增加而遞減，且淺層土壤鹽分變化較大，深層相對穩(wěn)定。旱季時，受蒸發(fā)的影響，N1樣地土壤Cl–含量在0 ～ 50 cm深度范圍內(nèi)變化，而N2樣地土壤Cl–在0 ～ 20 cm深度范圍內(nèi)變化，N2樣地土壤鹽分表聚性更強(qiáng)。雨季時，兩地“鹽谷/島”效應(yīng)強(qiáng)度(鹽分富集率)呈現(xiàn)差異。其中，N2樣地檉柳植株地上部長勢更好，冠幅大，能截留更多的降雨，對土壤鹽分淋洗作用強(qiáng)。上述2.3節(jié)中N2樣地內(nèi)圍區(qū)土壤Cl–、Na+含量整體低于外圍區(qū)，呈“左–右”分異格局印證了這一點(diǎn)。李君等[22]和許婕等[23]研究也表明，檉柳多枝、半球狀的樹冠緊貼地表，降雨時通過截留降雨形成樹干徑流，加大對冠下土壤鹽分的淋洗。而N1樣地檉柳生長狀況較差，樹冠相對較小，鹽谷效應(yīng)較弱。在不降雨時，檉柳冠層遮陰作用抑制土壤蒸發(fā)，減少內(nèi)圍區(qū)土壤積鹽[24]。值得注意的是，檉柳騰發(fā)對土壤水鹽分布也具有重要作用，蒸騰耗水是根系吸收利用水分的綜合體現(xiàn)，后續(xù)還應(yīng)繼續(xù)探索檉柳騰發(fā)量的局部變化對土壤水鹽分布的影響。可見，檉柳冠層是影響檉柳土壤鹽分分布的重要因素之一。檉柳冠層長勢愈好，愈能促進(jìn)土壤鹽分淋洗和抑制土壤返鹽，“鹽谷”效應(yīng)強(qiáng)，檉柳所面臨的土壤水鹽脅迫愈小，最終又促進(jìn)檉柳生長。

鹽生植物周圍“鹽谷/島”效應(yīng)及鹽分離子分布與鹽生植物的耐鹽機(jī)理、生長狀況等生物因素和離子特性、氣候條件、土壤性質(zhì)及水文地質(zhì)條件等非生物因素有關(guān)。生物因素方面，檉柳屬泌鹽植物，枝葉中含有大量鹽分，在自然條件下以凋落物的形式返回地表后就地分解，形成生物積鹽，使冠下土壤鹽分增大[25-26]。李叢娟等[27]在對梭梭的研究中發(fā)現(xiàn)，凋落物被樹干徑流沖刷至植株外圍而發(fā)生積鹽，內(nèi)圍區(qū)的鹽分被淋洗，同時因得不到凋落物鹽分的補(bǔ)充而形成低鹽區(qū)。就根系而言，根系生物量的分配模式影響植物對土壤養(yǎng)分、鹽分的吸收。黃河三角洲檉柳呈水平根型特征，在根際鹽分富集作用下淺層土壤鹽分增大，而根系分泌物釋放的Ca2+替換Na+會促進(jìn)鹽分淋洗[28-29]。非生物因素方面，地下水埋深及礦化度、氣候條件(降雨、蒸發(fā)等)、離子特性及相互作用是影響土壤水鹽運(yùn)移的重要因子。本研究區(qū)夏季降雨集中，土壤鹽分因淋洗作用呈降低趨勢。地下水則主要通過毛管上升作用補(bǔ)給包氣帶土壤水分而影響土壤鹽分[30]?！胞}谷/島”現(xiàn)象及其強(qiáng)度變化說明黃河三角洲植被群落建成時對土壤水鹽運(yùn)移水平維度上的影響也是鹽堿地水鹽運(yùn)移研究的重要方向。離子特性方面，檉柳植株周圍形成“鹽谷/島”效應(yīng)與土壤鹽分離子組成和類型相關(guān)。本研究中，Cl–含量最高，與土壤鹽分總體分布趨勢更相近。張立華等[11]研究也發(fā)現(xiàn)，不同離子在土壤中的含量與遷移存在差異，檉柳對不同陽離子富集程度依次為K+>Na+>Mg2+> Ca2+，對不同陰離子富集程度依次為HCO3–> Cl–>SO42–。

綜上，檉柳形成“鹽谷/島”效應(yīng)是其適應(yīng)高鹽環(huán)境的重要策略。雨季“鹽谷”效應(yīng)效保證了根區(qū)土壤水分的有效性，促進(jìn)檉柳生長；旱季“鹽島”效應(yīng)則可抑制個體周圍其他植物生長，減弱種間資源競爭。檉柳土壤水鹽時空變化是生物和非生物因素共同影響的結(jié)果，后續(xù)應(yīng)綜合考慮植物騰發(fā)、根系穿插等作用對土壤水鹽運(yùn)移的影響，深入剖析黃河三角洲檉柳生境土壤水鹽分布差異的原因，揭示“鹽谷/島”效應(yīng)的發(fā)生機(jī)制及主控因子，進(jìn)一步為黃河三角洲檉柳群落景觀恢復(fù)與濕地生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)指導(dǎo)。

4 結(jié)論

本研究針對黃河三角洲兩處長勢不同的天然檉柳樣地的地下水狀況、土壤性質(zhì)、土壤水鹽分布等開展研究，發(fā)現(xiàn)在檉柳植株尺度上的土壤水鹽異質(zhì)性——“鹽谷/島”效應(yīng)是檉柳適應(yīng)高鹽環(huán)境的重要生存策略。

1)黃河三角洲天然檉柳分布區(qū)地下水埋深淺，季節(jié)波動大，礦化度高，水質(zhì)類型為咸水。長勢較好的檉柳樣地地下水埋深較淺，水位較低。

2)土壤體積含水率(θ)均隨土壤深度增加而增加，檉柳植株的內(nèi)圍區(qū)土壤含水率高于外圍區(qū)。土壤性質(zhì)差異造成兩地土壤水分蒸發(fā)和入滲差異，進(jìn)而導(dǎo)致土壤水分再分配態(tài)勢不同。

3)土壤鹽分隨土壤深度增加而降低，淺層土壤鹽分表聚突出且空間分布不均，深層土壤鹽分相對穩(wěn)定。鹽分組成以Cl–、Na+為主，兩地Cl–分布格局與變化范圍不同。

4)土壤鹽分富集率()隨季節(jié)發(fā)生變化。雨季<1，土壤鹽分均呈“鹽谷”特征，旱季>1，土壤鹽分均呈“鹽島”特征，而且長勢較好的檉柳樣地“鹽谷”效應(yīng)更強(qiáng)。

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Effects of DifferentGrowth on Variability of Soil Moisture and Salinity in Yellow River Delta

HU Xinlong1,2, QI Ji1,2, YU Qianjun1,2, LIU Jindi1, PAN Yinghua1,2, CHEN Xiaobing3, HU Qiuli1,2*, ZHAO Ying1,2

(1 College of Resources and Environmental Engineering, Ludong University, Yantai, Shandong 264025, China; 2 Key Laboratory of Coastal Ecohydrological Processes and Environmental Security, Yantai, Shandong 264025, China; 3 Yantai Institute of Coastal Zone Research, Chinese Academy of Sciences, Yantai, Shandong 264003, China)

There is an apparently variation of soil moisture and salinity in the Yellow River Delta. In order to explore the characteristics and influencing factors of the variation to restore the ecology of localcommunity, the two naturalforests, poorly-developed (N1) and well-developed (N2) states were selected, the groundwater table depths and salinity, soil moistures and salinity, salt enrichment ratios and Cl–and Na+contents at the two sites were compared and analyzed. The results show that the salinity of groundwater at N2site is higher than N1site, and its average groundwater table is lower than N1site. Soil moisture is higher at N2site than N1site in rainy season but lower at N2site than N1site in dry season, especially in the inner region (distance from the plant is 0–30 cm). Soil salinity is decreased with soil depth at the two sites, and “salt valley” and “salt island” is appeared in rainy and dry seasons, respectively. “Salt valley” at N2site is stronger than N1site. During the rainy season, the contents of Cl–and Na+in the inner region is generally lower than those in the outer region (distance from the plant is 30–90 cm) with the “l(fā)eft-right” spatial distribution at N2site.Whereas, the “up-down” spatial distribution is appeared at N1site, which further illustrated that “salt valley” effect is more obvious at N2site in the rainy season. In conclusion, “salt valley” and “salt island” effects are the crucial strategy foradapting to heavily saline habitat. Therefore, it is an effective way to apply suitable planting regime for tamarisk, to promote the growth of canopy for enhancing “salt valley and island” effects, which are beneficial to the stability of tamarisk community and the restoration of saline-alkali soil.

; Soil moisture; Soil salinity; Temporal and spatial variation; Yellow River Delta

S151.9

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.06.025

胡鑫隆, 齊繼, 于千鈞, 等. 黃河三角洲不同長勢檉柳對土壤水鹽異質(zhì)性的影響. 土壤, 2022, 54(6): 1291–1299.

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41901031)和山東省杰出青年基金項(xiàng)目(ZR2019JQ12)資助。

通訊作者(qiulihu@ldu.edu.cn)

胡鑫隆(1996—)，男，陜西漢陰人，碩士研究生，研究方向?yàn)閰^(qū)域生態(tài)水文過程。E-mail: pluto3601@163.com